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超级电容器用强溶剂化及小尺寸离子电解液的设计与应用
霍桐, 刘盼, 陈浩, 张鹏, 陈振磊, 孙国富, 时志强, 王静
电化学(中英文)    2026, 32 (9): 2604271-.   DOI:10.61558/2993-074X.3621
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超级电容器虽然具有高功率密度和长循环寿命等优点,但其低工作电压和低能量密度的缺点,极大限制了其在规模储能等领域中的应用。本文合成了一种新型电解质盐四甲基铵双氟磺酰亚胺盐(TMA-FSI),其在碳酸丙烯酯作溶剂的电解液中,表现出较宽的极化电位窗口。通过核磁共振谱、拉曼光谱表征和分子动力学模拟计算,发现TMA+尺寸小的性质使其拥有与溶剂分子更高的结合能,强溶剂化作用使TMA+能够吸引更多的碳酸丙烯酯分子形成溶剂化壳层,抑制碳酸丙烯酯分子在负极侧分解,从而拓宽电解液在负极侧的电化学稳定性窗口和耐压能力。在使用TMF电解质在3.0 V下电流密度为2 A·g-1进行10000次循环后电容器的容量保持率仍有96.66%,验证了强溶剂化体系的高效动力学特性。



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Figure 3. Solvation structure investigations of electrolytes. Snapshots and most likely solvation structures of (a) TMF, (b) TEF, (c) TPF electrolytes after MD simulations. Radial distribution function curves of the (d) “N(TMA+/TEA+/TPA+)-O(PC)”, (g) “N(FSI-)-C(PC)” pairs in different electrolytes. Mean square displacement plots of the (e) “N(TMA+/TEA+/TPA+)-O(PC)”, (h) “N(FSI-)-C(PC)” pairs in different electrolytes. (f) Binding energies of the “TMA+-PC”, “TEA+-PC” and “TPA+-PC”, complexes from DFT calculations. (i) Frontier molecular orbital energy levels (HOMO and LUMO) of the “TMA+-PC”, “TEA+-PC” and “TPA+-PC” pairs.
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